Adaptive Evolution im menschlichen Genom - Adaptive evolution in the human genome

Adaptive Evolution resultiert aus der Vermehrung vorteilhafter Mutationen durch positive Selektion . Dies ist die moderne Synthese des Prozesses, den Darwin und Wallace ursprünglich als Mechanismus der Evolution identifizierten. Im letzten halben Jahrhundert gab es jedoch erhebliche Debatten darüber, ob evolutionäre Veränderungen auf molekularer Ebene hauptsächlich durch natürliche Selektion oder zufällige genetische Drift getrieben werden. Es überrascht nicht, dass die Kräfte, die evolutionäre Veränderungen in der Abstammungslinie unserer eigenen Spezies antreiben, von besonderem Interesse waren. Die Quantifizierung der adaptiven Evolution im menschlichen Genom gibt Einblicke in unsere eigene Evolutionsgeschichte und hilft, diese neutralistisch-selektionistische Debatte zu lösen . Die Identifizierung spezifischer Regionen des menschlichen Genoms, die Hinweise auf eine adaptive Evolution aufweisen, hilft uns, funktionell signifikante Gene zu finden , einschließlich Gene, die für die menschliche Gesundheit wichtig sind, beispielsweise solche, die mit Krankheiten in Verbindung stehen.

Methoden

Die zur Identifizierung der adaptiven Evolution verwendeten Methoden werden im Allgemeinen entwickelt, um die Nullhypothese der neutralen Evolution zu testen , die, wenn sie abgelehnt wird, den Beweis für die adaptive Evolution liefert. Diese Tests lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen.

Zum einen gibt es Verfahren, die einen vergleichenden Ansatz verwenden, um nach Hinweisen auf funktionsverändernde Mutationen zu suchen. Der dN/dS- Raten-Verhältnis-Test schätzt ω, die Raten, mit denen nicht- synonyme ('dN') und synonyme ('dS') Nukleotid-Substitutionen auftreten ('synonyme' Nukleotid-Substitutionen führen nicht zu einer Änderung der kodierenden Aminosäure, während "unsynonyme" tun es). In diesem Modell wird die neutrale Evolution als Nullhypothese betrachtet , in der dN und dS ungefähr ausgeglichen sind, so dass ω ≈ 1. Die beiden alternativen Hypothesen sind ein relatives Fehlen nicht- synonymer Substitutionen (dN < dS; ω < 1), was auf den Effekt auf . hindeutet Fitness („Fitnesseffekt“ oder „ Selektionsdruck “) solcher Mutationen ist negativ (die reinigende Selektion hat im Laufe der Zeit gewirkt ); oder ein relativer Überschuss an nicht-synonymen Substitutionen (dN > dS; ω > 1), was auf einen positiven Effekt auf die Fitness hindeutet, dh die Selektion diversifizieren (Yang und Bielawski 2000).

Der McDonald-Kreitman (MK)-Test quantifiziert das Ausmaß der auftretenden adaptiven Evolution, indem er den Anteil der nicht-synonymen, adaptiven Substitutionen, die als α bezeichnet werden, abschätzt (McDonald und Kreitman 1991, Eyre-Walker 2006). α wird wie folgt berechnet: α = 1-(dspn/dnps), wobei dn und ds wie oben sind und pn und ps die Anzahl der nicht-synonymen (Fitnesseffekt angenommen neutral oder schädlich) bzw. synonymer (Fitnesseffekt angenommen neutral) Polymorphismen sind (Eyre-Walker 2006).

Beachten Sie, dass diese beiden Tests hier in Grundformen präsentiert werden und diese Tests normalerweise erheblich modifiziert werden, um andere Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. die Wirkung leicht schädlicher Mutationen.

Die anderen Methoden zur Erkennung der adaptiven Evolution verwenden genomweite Ansätze, oft um nach Beweisen für selektive Sweeps zu suchen. Der Nachweis vollständiger selektiver Sweeps wird durch eine Abnahme der genetischen Diversität gezeigt und kann aus dem Vergleich der Muster des Site-Frequenz-Spektrums (SFS, dh der Allel-Häufigkeitsverteilung) mit dem unter einem neutralen Modell erwarteten SFS abgeleitet werden (Willamson et al. 2007). Partielle selektive Sweeps liefern Hinweise auf die jüngste adaptive Evolution, und die Methoden identifizieren adaptive Evolution, indem sie nach Regionen mit einem hohen Anteil abgeleiteter Allele suchen (Sabeti et al. 2006).

Die Untersuchung von Mustern des Kopplungsungleichgewichts (LD) kann Signaturen der adaptiven Evolution lokalisieren (Hawks et al. 2007, Voight et al. 2006). LD-Tests arbeiten nach dem Grundprinzip, dass bei gleicher Rekombinationsrate die LD mit zunehmender natürlicher Selektion ansteigt . Diese genomischen Methoden können auch angewendet werden, um nach adaptiver Evolution in nicht-kodierender DNA zu suchen, wo vermeintlich neutrale Stellen schwer zu identifizieren sind (Ponting und Lunter 2006).

Eine andere neuere Methode zum Nachweis von Selektion in nicht-kodierenden Sequenzen untersucht Insertionen und Deletionen (Indels) anstelle von Punktmutationen (Lunter et al. 2006), obwohl die Methode nur zur Untersuchung von Mustern negativer Selektion angewendet wurde.

Umfang der adaptiven Evolution

DNA codieren

Viele verschiedene Studien haben versucht, das Ausmaß der adaptiven Evolution im menschlichen Genom zu quantifizieren , wobei die überwiegende Mehrheit die oben skizzierten vergleichenden Ansätze verwendet. Obwohl es Diskrepanzen zwischen den Studien gibt, gibt es im Allgemeinen relativ wenige Hinweise auf eine adaptive Evolution der Protein- kodierenden DNA , wobei Schätzungen der adaptiven Evolution oft nahe 0% liegen (siehe Tabelle 1). Die offensichtlichste Ausnahme hiervon ist die 35 %-Schätzung von α (Fay et al. 2001). Diese vergleichsweise frühe Studie verwendete relativ wenige Loci (weniger als 200) für ihre Schätzung, und die verwendeten Polymorphismus- und Divergenzdaten wurden von verschiedenen Genen erhalten, was beide zu einer Überschätzung von α geführt haben könnte. Die nächsthöhere Schätzung ist der 20%-Wert von α (Zhang und Li 2005). Der in dieser Studie verwendete MK-Test war jedoch so schwach, dass die Autoren angeben, dass sich dieser Wert von α statistisch nicht signifikant von 0% unterscheidet. Nielsenet al. (2005a)s Schätzung, dass 9,8 % der Gene eine adaptive Evolution durchlaufen haben, ist auch mit einer großen Fehlerquote verbunden, und ihre Schätzung schrumpft dramatisch auf 0,4 %, wenn sie festlegen, dass der Grad der Gewissheit, dass es eine adaptive Evolution gegeben hat, sein muss 95% oder mehr.

Dies wirft ein wichtiges Problem auf, nämlich dass viele dieser Tests für die adaptive Evolution sehr schwach sind. Die Tatsache, dass viele Schätzungen bei (oder sehr nahe) 0% liegen, schließt daher das Auftreten einer adaptiven Evolution im menschlichen Genom nicht aus, sondern zeigt einfach, dass eine positive Selektion nicht häufig genug ist, um durch die Tests nachgewiesen zu werden. Tatsächlich besagt die jüngste erwähnte Studie, dass verwirrende Variablen wie demografische Veränderungen bedeuten, dass der wahre Wert von α bis zu 40% betragen kann (Eyre-Walker und Keightley 2009). Eine andere neuere Studie, die eine relativ robuste Methodik verwendet, schätzt α auf 10-20% Boyko et al. (2008). Offensichtlich ist die Debatte über das Ausmaß der adaptiven Evolution, die in der menschlichen kodierenden DNA stattfindet, noch nicht gelöst.

Selbst wenn niedrige Schätzungen von α genau sind, kann ein kleiner Anteil der sich adaptiv entwickelnden Substitutionen immer noch einer beträchtlichen Menge an kodierender DNA entsprechen. Viele Autoren, deren Studien kleine Schätzungen des Ausmaßes der adaptiven Evolution in der kodierenden DNA haben, akzeptieren dennoch, dass es in dieser DNA eine gewisse adaptive Evolution gegeben hat, da diese Studien spezifische Regionen innerhalb des menschlichen Genoms identifizieren, die sich adaptiv entwickelt haben (z al. (2007)). In der Schimpansen-Evolution wurden mehr Gene positiv selektiert als beim Menschen.

Die allgemein niedrigen Schätzungen der adaptiven Evolution in der menschlichen kodierenden DNA können mit anderen Arten verglichen werden. Bakewellet al. (2007) fanden mehr Hinweise auf eine adaptive Evolution bei Schimpansen als beim Menschen, wobei 1,7% der Schimpansen-Gene Hinweise auf eine adaptive Evolution zeigten (verglichen mit der Schätzung von 1,1% für den Menschen; siehe Tabelle 1). Beim Vergleich von Menschen mit weiter entfernt verwandten Tieren lag eine frühe Schätzung für α bei Drosophila- Arten bei 45% (Smith und Eyre-Walker 2002), und spätere Schätzungen stimmen weitgehend damit überein (Eyre-Walker 2006). Bakterien und Viren zeigen im Allgemeinen noch mehr Hinweise auf eine adaptive Evolution; Untersuchungen zeigen Werte von α in einem Bereich von 50-85%, je nach untersuchter Spezies (Eyre-Walker 2006). Im Allgemeinen scheint es eine positive Korrelation zwischen der (effektiven) Populationsgröße der Art und dem Ausmaß der adaptiven Evolution zu geben, die in den kodierenden DNA-Regionen stattfindet. Dies kann daran liegen, dass die zufällige genetische Drift bei der Veränderung der Allelfrequenzen im Vergleich zur natürlichen Selektion mit zunehmender Populationsgröße weniger stark wird .

Nicht-kodierende DNA

Schätzungen des Ausmaßes der adaptiven Evolution bei nicht-kodierender DNA sind im Allgemeinen sehr gering, obwohl weniger Studien zu nicht-kodierender DNA durchgeführt wurden. Wie bei der kodierenden DNA sind die derzeit verwendeten Methoden jedoch relativ schwach. Ponting und Lunter (2006) spekulieren, dass Unterschätzungen bei nicht-kodierender DNA noch schwerwiegender sein könnten, da nicht-kodierende DNA Perioden der Funktionalität (und adaptiven Evolution) durchlaufen kann, gefolgt von Perioden der Neutralität. Wenn dies zutrifft, sind die derzeitigen Methoden zur Erkennung der adaptiven Evolution nicht ausreichend, um solche Muster zu berücksichtigen. Auch wenn niedrige Schätzungen des Ausmaßes der adaptiven Evolution korrekt sind, kann dies immer noch einer großen Menge an sich adaptiv entwickelnder nicht-kodierender DNA entsprechen, da nicht-kodierende DNA ungefähr 98% der DNA im menschlichen Genom ausmacht. Ponting und Lunter (2006) entdecken beispielsweise bescheidene 0,03% nicht-kodierender DNA, die Hinweise auf eine adaptive Evolution zeigen, aber dies entspricht immer noch ungefähr 1 Mb der sich adaptiv entwickelnden DNA. Wenn es Hinweise auf eine adaptive Evolution (die Funktionalität impliziert) in nicht-kodierender DNA gibt, wird allgemein angenommen, dass diese Regionen an der Regulation von Protein-kodierenden Sequenzen beteiligt sind.

Wie beim Menschen haben weniger Studien nach adaptiver Evolution in nicht-kodierenden Regionen anderer Organismen gesucht. Wo jedoch Forschungen zu Drosophila durchgeführt wurden, scheint es große Mengen an sich adaptiv entwickelnder nicht-kodierender DNA zu geben. Andolfatto (2005) schätzte, dass in 60% der untranslatierten reifen Teile von mRNAs und in 20% der intronischen und intergenen Regionen eine adaptive Evolution stattgefunden hat. Wenn dies zutrifft, würde dies bedeuten, dass viel nicht-kodierende DNA von größerer funktioneller Bedeutung sein könnte als kodierende DNA, was die Konsensansicht dramatisch verändert. Dies würde jedoch noch offen lassen, welche Funktion all diese nicht-kodierende DNA erfüllt, da die bisher beobachtete regulatorische Aktivität nur einen winzigen Anteil der Gesamtmenge an nicht-kodierender DNA ausmacht. Letztlich müssen deutlich mehr Beweise gesammelt werden, um diese Sichtweise zu untermauern.

Variation zwischen menschlichen Populationen

Mehrere neuere Studien haben das Ausmaß der adaptiven Evolution verglichen, die zwischen verschiedenen Populationen innerhalb der menschlichen Spezies auftritt. Williamsonet al. (2007) fanden mehr Hinweise auf eine adaptive Evolution in europäischen und asiatischen Populationen als in afroamerikanischen Populationen. Unter der Annahme, dass Afroamerikaner repräsentativ für Afrikaner sind, sind diese Ergebnisse intuitiv sinnvoll, da sich die Menschen vor etwa 50.000 Jahren aus Afrika ausgebreitet haben (gemäß dem Konsens Out-of-Africa-Hypothese der menschlichen Herkunft (Klein 2009)), und diese Menschen hätten sich angepasst in die neuen Umgebungen, denen sie begegnet sind. Im Gegensatz dazu blieben die afrikanischen Bevölkerungen in den folgenden Zehntausenden von Jahren in einer ähnlichen Umgebung und waren daher wahrscheinlich näher an ihrem Anpassungsgipfel für die Umwelt. Voight et al. (2006) fanden Hinweise auf eine anpassungsfähigere Evolution bei Afrikanern als bei Nichtafrikanern (untersuchte ostasiatische und europäische Bevölkerungen), und Boyko et al. (2008) fanden keinen signifikanten Unterschied im Ausmaß der adaptiven Evolution zwischen verschiedenen menschlichen Populationen. Daher sind die bisher erhaltenen Beweise nicht schlüssig, inwieweit verschiedene menschliche Populationen unterschiedliche Ausmaße der adaptiven Evolution durchlaufen haben.

Rate der adaptiven Evolution

Die Rate der adaptiven Evolution im menschlichen Genom wurde oft als konstant über die Zeit angenommen. Die von Fay et al. (2001) führten sie zu dem Schluss, dass es seit der menschlichen Divergenz von den Affen der alten Welt alle 200 Jahre eine adaptive Substitution in der menschlichen Abstammungslinie gegeben hat . Aber selbst wenn der ursprüngliche Wert von α für einen bestimmten Zeitraum genau ist, ist diese Extrapolation immer noch ungültig. Dies liegt daran, dass die positive Selektion in der menschlichen Abstammungslinie in den letzten 40.000 Jahren in Bezug auf die Anzahl der Gene, die eine adaptive Evolution durchlaufen haben, stark beschleunigt wurde (Hawks et al. 2007). Dies stimmt mit einfachen theoretischen Vorhersagen überein, da die menschliche Bevölkerungsgröße in den letzten 40.000 Jahren dramatisch zugenommen hat und mit mehr Menschen anpassungsfähigere Substitutionen erfolgen sollten. Hawkset al. (2007) argumentieren, dass demografische Veränderungen (insbesondere Bevölkerungsexpansion) die adaptive Evolution stark erleichtern können, ein Argument, das die zuvor erwähnte positive Korrelation zwischen der Bevölkerungsgröße und dem Ausmaß der adaptiven Evolution etwas bestätigt.

Es wurde vermutet, dass die kulturelle Evolution die genetische Evolution ersetzt und damit die Geschwindigkeit der adaptiven Evolution in den letzten 10.000 Jahren verlangsamt hat. Es ist jedoch möglich, dass die kulturelle Evolution die genetische Anpassung tatsächlich erhöhen könnte. Die kulturelle Evolution hat die Kommunikation und den Kontakt zwischen verschiedenen Populationen stark erhöht, und dies bietet viel größere Möglichkeiten für eine genetische Vermischung zwischen den verschiedenen Populationen (Hawks et al. 2007). Neuere kulturelle Phänomene, wie die moderne Medizin und die geringere Variation in der modernen Familiengröße, können jedoch die genetische Anpassung verringern, da die natürliche Selektion gelockert wird, und das erhöhte Anpassungspotenzial aufgrund einer stärkeren genetischen Beimischung außer Kraft setzen.

Stärke der positiven Selektion

Studien versuchen im Allgemeinen nicht, die durchschnittliche Stärke der Selektion zu quantifizieren, die vorteilhafte Mutationen im menschlichen Genom propagiert. Viele Modelle machen Annahmen darüber, wie stark die Selektion ist, und einige der Diskrepanzen zwischen den Schätzungen des Ausmaßes der auftretenden adaptiven Evolution wurden auf die Verwendung solcher unterschiedlichen Annahmen zurückgeführt (Eyre-Walker 2006). Die durchschnittliche Stärke der positiven Selektion, die auf das menschliche Genom wirkt, lässt sich genau schätzen, indem man die Verteilung der Fitnesseffekte (DFE) neuer vorteilhafter Mutationen im menschlichen Genom ableitet, aber diese DFE ist schwer abzuleiten, da neue vorteilhafte Mutationen sehr selten sind (Boyko et al. 2008). Das DFE kann in einer angepassten Population exponentiell geformt sein (Eyre-Walker und Keightley 2007). Es ist jedoch mehr Forschung erforderlich, um genauere Schätzungen der durchschnittlichen Stärke der positiven Selektion beim Menschen zu erstellen, was wiederum die Schätzungen des Ausmaßes der adaptiven Evolution im menschlichen Genom verbessern wird (Boyko et al. 2008).

Regionen des Genoms, die Hinweise auf eine adaptive Evolution aufweisen

Eine beträchtliche Anzahl von Studien hat genomische Methoden verwendet, um spezifische menschliche Gene zu identifizieren, die Hinweise auf eine adaptive Evolution zeigen. Tabelle 2 gibt ausgewählte Beispiele solcher Gene für jeden diskutierten Gentyp, bietet jedoch keine annähernd erschöpfende Liste der menschlichen Gene, die Hinweise auf eine adaptive Evolution zeigen. Im Folgenden sind einige der Gentypen aufgeführt, die starke Hinweise auf eine adaptive Evolution im menschlichen Genom aufweisen.

• Krankheitsgene

Bakewellet al. (2007) fanden heraus, dass ein relativ großer Anteil (9,7 %) positiv selektierter Gene mit Krankheiten assoziiert ist. Dies kann daran liegen, dass Krankheiten in einigen Kontexten adaptiv sein können. Zum Beispiel wurde Schizophrenie mit erhöhter Kreativität in Verbindung gebracht (Crespi et al. 2007), vielleicht ein nützliches Merkmal, um Nahrung zu beschaffen oder Partner in der Altsteinzeit anzuziehen . Alternativ können die adaptiven Mutationen diejenigen sein, die die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Krankheit aufgrund anderer Mutationen verringern. Diese zweite Erklärung erscheint jedoch unwahrscheinlich, da die Mutationsrate im menschlichen Genom relativ gering ist, sodass die Selektion relativ schwach wäre.

• Immungene

417 Gene, die am Immunsystem beteiligt sind, zeigten in der Studie von Nielsen et al. (2005a). Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die Immungene möglicherweise an einem evolutionären Wettrüsten mit Bakterien und Viren beteiligt sind (Daugherty und Malik 2012; Van der Lee et al. 2017). Diese Krankheitserreger entwickeln sich sehr schnell, sodass sich der Selektionsdruck schnell ändert, was mehr Möglichkeiten für eine adaptive Evolution bietet.

• Hoden Gene

247 Gene in den Hoden zeigten in der Studie von Nielsen et al. (2005a). Dies könnte teilweise auf sexuellen Antagonismus zurückzuführen sein. Die Konkurrenz zwischen Männern und Frauen könnte ein Wettrüsten der adaptiven Evolution ermöglichen. Allerdings würde man in dieser Situation erwarten, auch bei den weiblichen Geschlechtsorganen Hinweise auf eine adaptive Evolution zu finden, aber dafür gibt es weniger Hinweise. Spermienkonkurrenz ist eine weitere mögliche Erklärung. Die Spermienkonkurrenz ist stark, und Spermien können ihre Chancen auf die Befruchtung der weiblichen Eizelle auf verschiedene Weise verbessern, einschließlich ihrer Geschwindigkeit, Ausdauer oder Reaktion auf Chemoattraktoren (Swanson und Vacquier 2002).

• Olfaktorische Gene

Gene, die an der Geruchserkennung beteiligt sind, weisen starke Hinweise auf eine adaptive Evolution auf (Voight et al. 2006), wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, dass sich die Gerüche, denen der Mensch begegnet, kürzlich in seiner Evolutionsgeschichte verändert haben (Williamson et al. 2007). Der Geruchssinn des Menschen hat eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Sicherheit von Nahrungsquellen gespielt.

• Ernährungsgene

Gene, die am Laktosestoffwechsel beteiligt sind, zeigen besonders starke Hinweise auf eine adaptive Evolution unter den Genen, die an der Ernährung beteiligt sind. Eine Mutation, die mit der Persistenz von Laktase verbunden ist, zeigt sehr starke Hinweise auf eine adaptive Evolution in europäischen und amerikanischen Populationen (Williamson et al. 2007), Populationen, in denen die Viehzucht für Milch historisch wichtig war.

• Pigmentierungsgene

Pigmentierungsgene zeigen besonders starke Hinweise auf eine adaptive Evolution in nicht-afrikanischen Populationen (Williamson et al. 2007). Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Menschen, die Afrika vor etwa 50.000 Jahren verlassen haben, in weniger sonnige Klimazonen eintraten und daher einem neuen Selektionsdruck ausgesetzt waren, um genügend Vitamin D aus dem geschwächten Sonnenlicht zu erhalten.

• Gehirn-Gene?

Es gibt einige Hinweise auf eine adaptive Evolution bei Genen, die mit der Gehirnentwicklung in Verbindung stehen, aber einige dieser Gene werden oft mit Krankheiten, z. B. Mikrozephalie, in Verbindung gebracht (siehe Tabelle 2). Es besteht jedoch ein besonderes Interesse an der Suche nach adaptiver Evolution in Gehirngenen, trotz der ethischen Fragen, die diese Forschung mit sich bringt. Wenn in einer menschlichen Population mehr adaptive Evolution in den Gehirngenen entdeckt wurde als in einer anderen, dann könnte diese Information so interpretiert werden, dass sie eine größere Intelligenz in der adaptiv entwickelten Population zeigt.

• Sonstiges

Andere Gentypen, die beträchtliche Hinweise auf eine adaptive Evolution aufweisen (aber im Allgemeinen weniger Hinweise als die diskutierten Typen), umfassen: Gene auf dem X-Chromosom , Gene des Nervensystems, Gene, die an der Apoptose beteiligt sind , Gene, die für Skelettmerkmale kodieren, und möglicherweise Gene, die mit der Sprache in Verbindung stehen (Nielsen ua 2005a, Williamson ua 2007, Voight ua 2006, Krause ua 2007).

Schwierigkeiten bei der Identifizierung einer positiven Selektion

Wie bereits erwähnt, weisen viele der Tests, die zur Erkennung der adaptiven Entwicklung verwendet werden, sehr große Unsicherheiten in Bezug auf ihre Schätzungen auf. Während an einzelnen Tests viele verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, um die damit verbundenen Probleme zu überwinden, sind zwei Arten von Störvariablen besonders wichtig, um die genaue Erkennung der adaptiven Evolution zu verhindern: demografische Veränderungen und verzerrte Genkonversion.

Demografische Veränderungen sind besonders problematisch und können Schätzungen der adaptiven Entwicklung stark verzerren. Die menschliche Abstammungslinie hat im Laufe ihrer Evolutionsgeschichte sowohl eine schnelle Kontraktion als auch eine Expansion der Population durchgemacht, und diese Ereignisse werden viele der Signaturen verändern, die als charakteristisch für die adaptive Evolution gelten (Nielsen et al. 2007). Einige genomische Methoden haben sich durch Simulationen als relativ robust gegenüber demografischen Veränderungen erwiesen (zB Willamson et al. 2007). Allerdings sind keine Tests vollständig robust gegenüber demografischen Veränderungen, und in letzter Zeit wurden neue genetische Phänomene im Zusammenhang mit demografischen Veränderungen entdeckt. Dazu gehört das Konzept der „surfing mutations“, bei dem neue Mutationen mit einer Populationserweiterung vermehrt werden können (Klopfstein et al. 2006).

Ein Phänomen, das die Art und Weise, wie wir nach Signaturen der adaptiven Evolution suchen, stark verändern könnte, ist die verzerrte Genkonversion (BGC) (Galtier und Duret 2007). Meiotische Rekombination zwischen homologen Chromosomen , die an einem bestimmten Locus heterozygot sind, kann eine DNA-Fehlpaarung erzeugen. DNA-Reparaturmechanismen sind darauf ausgerichtet, eine Fehlpaarung mit dem CG-Basenpaar zu reparieren. Dies wird dazu führen, dass sich die Allelfrequenzen ändern und eine Signatur einer nicht neutralen Evolution hinterlassen (Galtier et al. 2001). Der Überschuss von AT- zu GC-Mutationen in humanen Genomregionen mit hohen Substitutionsraten (Human Accelerated Regions, HARs) deutet darauf hin, dass BGC im humanen Genom häufig vorgekommen ist (Pollard et al. 2006, Galtier und Duret 2007). Ursprünglich wurde postuliert, dass BGC adaptiv sein könnte (Galtier et al. 2001), neuere Beobachtungen lassen dies jedoch unwahrscheinlich erscheinen. Erstens zeigen einige HARs keine wesentlichen Anzeichen von selektiven Sweeps um sie herum. Zweitens treten HARs tendenziell in Regionen mit hohen Rekombinationsraten auf (Pollard et al. 2006). Tatsächlich könnte BGC zu HARs führen, die eine hohe Häufigkeit schädlicher Mutationen enthalten (Galtier und Duret 2007). Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass HARs im Allgemeinen maladaptiv sind, da DNA-Reparaturmechanismen selbst einer starken Selektion unterliegen würden, wenn sie schädliche Mutationen verbreiten. In jedem Fall sollte die BGC weiter untersucht werden, da sie eine radikale Änderung der Methoden erzwingen kann, die das Vorhandensein einer adaptiven Evolution testen.

Tabelle 1: Schätzungen des Ausmaßes der adaptiven Evolution im menschlichen Genom

(Format der Tabelle und einige Daten wie in Tabelle 1 von Eyre-Walker (2006) angezeigt)

α oder Anteil der Loci, die eine adaptive Evolution durchlaufen haben (%)	Lokustyp	Fremdgruppenarten	Methode	Lernen
20	Eiweiß	Schimpanse	MK	Zhang und Li 2005
6	Eiweiß	Schimpanse	MK	Bustamanteet al. 2005
0-9	Eiweiß	Schimpanse	MK	Schimpansen-Sequenzierungs- und Analysekonsortium 2005
10-20	Eiweiß	Schimpanse	MK	Boykoet al. 2008
9,8	Eiweiß	Schimpanse	dn/ds	Nielsenet al. 2005a
1.1	Eiweiß	Schimpanse	dn/ds	Bakewellet al. 2007
35	Eiweiß	Affe der alten Welt	MK	Fayet al. 2001
0	Eiweiß	Affe der alten Welt	MK	Zhang und Li 2005
0	Eiweiß	Affe der alten Welt	MK	Eyre-Walker und Keightley 2009
0,4	Eiweiß	Affe der alten Welt	dn/ds	Nielsenet al. 2005b
0	Eiweiß	Maus	MK	Zhang und Li 2005
0,11-0,14	Nicht kodierend	Schimpanse	MK	Keightleyet al. 2005
4	Nicht kodierend	Schimpanse und Affe der alten Welt	dn/ds	Haygoodet al. 2007
0	Nicht kodierend	Affe der alten Welt	MK	Eyre-Walker und Keightley 2009
0,03	Nicht kodierend	N / A	dn/ds	Ponting und Lunter 2006

Tabelle 2: Beispiele für menschliche Gene, die Hinweise auf eine adaptive Evolution zeigen

Art des Gens	Genname	Phänotyp produziert durch Gen/Region, in der das Gen exprimiert wurde	Lernen
Krankheit	ASPM	Mikrozephalie (gekennzeichnet durch kleinen Kopf und geistige Behinderung)	Mekel-Bobrov et al. 2005
Krankheit	HYAL3	Krebserkrankungen, Tumorunterdrückung	Nielsenet al. 2005a
Krankheit	SCHEIBE1	Schizophrenie	Crespiet al. 2007
Immun	CD72	Signalisierung des Immunsystems	Nielsenet al. 2005a
Immun	IG J	Links Immunglobulinmonomere	Williamsonet al. 2007
Immun	PTCRA	Prä-T-Zell-Antigenrezeptor	Bakewellet al. 2007
Hoden	USP26	Testes spezifischer Ausdruck	Nielsenet al. 2005a
Hoden	RSBN1	Proteinstruktur von Spermien	Voightet al. 2006
Hoden	SPAG5	Sperma-assoziiertes Antigen 5	Bakewellet al. 2007
Olfaktorisch	OR2B2	Geruchsrezeptor	Nielsenet al. 2005a
Olfaktorisch	OR4P4	Geruchsrezeptor	Williamsonet al. 2007
Olfaktorisch	OR10H3	Geruchsrezeptor 10H3	Bakewellet al. 2007
Ernährung	LCT	Laktosestoffwechsel	Williamsonet al. 2007
Ernährung	NR1H4	Nuklearhormonrezeptor im Zusammenhang mit Phänotypen, einschließlich Gallensäure und Lipoprotein	Williamsonet al. 2007
Ernährung	SLC27A4	Aufnahme von Fettsäuren	Voightet al. 2006
Pigmentierung	OCA2	Aufgehellte Haut	Voightet al. 2006
Pigmentierung	ATRN	Hautpigmentierung	Willamsonet al. 2007
Pigmentierung	TYRP1	Aufgehellte Haut	Voightet al. 2006

Siehe auch

• Anpassung
• Adaptive Strahlung
• Co-Anpassung
• Neutrale Theorie der molekularen Evolution

Verweise

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